高二物理人教版選修3-1課件 第1章靜電場(chǎng) 第7節(jié)《靜電現(xiàn)象的應(yīng)用》

歡迎進(jìn)入物理課堂 第七節(jié)靜電現(xiàn)象的應(yīng)用 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道靜電平衡現(xiàn)象 理解處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體的特點(diǎn) 2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解靜電平衡時(shí)帶電導(dǎo)體上電荷的分布特點(diǎn) 重點(diǎn)難點(diǎn) 尖端放電和靜電屏蔽的原因及在實(shí)際中的應(yīng)用 易錯(cuò)問(wèn)題 對(duì)外電場(chǎng) 感應(yīng)電場(chǎng) 合電場(chǎng)的關(guān)系認(rèn)識(shí)不清 一 靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體的電場(chǎng)1 靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生的狀態(tài) 叫做靜電平衡狀態(tài) 定向移動(dòng) 2 靜電平衡特點(diǎn) 1 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng) 2 處于靜電平衡狀態(tài)的整個(gè)導(dǎo)體是個(gè) 它的表面是個(gè) 處處為零 等勢(shì)體 等勢(shì)面 1 一導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài) 導(dǎo)體外部有一電荷 它對(duì)導(dǎo)體內(nèi)部某點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為零嗎 思考 思考 提示 1 不為零 在某點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與沒(méi)有導(dǎo)體在該點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)一樣 二 導(dǎo)體上電荷的分布1 導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的 2 在導(dǎo)體表面 越尖銳的位置 電荷的密度 凹陷的位置幾乎 外表面 越大 沒(méi)有電荷 2 導(dǎo)體表面電荷一定均勻分布嗎 什么樣導(dǎo)體表面電荷均勻分布 思考 提示 2 不一定 球形導(dǎo)體 思考 三 尖端放電1 電離現(xiàn)象 空氣中的氣體分子在帶電粒子的高速撞擊下 分子中正負(fù)電荷的現(xiàn)象 2 尖端放電 導(dǎo)體尖端的電荷吸引空氣中與它符號(hào)相反的電荷 尖端上的電荷被而失去電荷 這個(gè)現(xiàn)象叫做尖端放電 四 靜電屏蔽處在電場(chǎng)中的空腔導(dǎo)體 由于內(nèi)表面 所以空腔內(nèi) 這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽 分離 中和 沒(méi)有電荷 沒(méi)有電場(chǎng) 一 靜電平衡導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)1 內(nèi)外表面分布不同 電荷都分布在外表面 導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷 2 受導(dǎo)體的形狀影響 不光滑處電荷密度大 3 遠(yuǎn)近端 電荷的電性相反 電量相等 1 如圖1 7 1所示 處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體 離場(chǎng)源電荷較近和較遠(yuǎn)的兩端將感應(yīng)出等量的異種電荷 即 遠(yuǎn)同近異 圖1 7 1 2 如圖1 7 2所示 當(dāng)把兩個(gè)或多個(gè)原來(lái)彼此絕緣的導(dǎo)體接觸或用導(dǎo)線連接時(shí) 就可把它們看作是一個(gè)大導(dǎo)體 有些問(wèn)題中所提到的 用手接觸某導(dǎo)體 其實(shí)就是導(dǎo)體通過(guò)人體與大地構(gòu)成一個(gè)大導(dǎo)體 圖1 7 2 一個(gè)孤立的帶電體 在自身所帶電荷的電場(chǎng)中 處于靜電平衡狀態(tài) 具有靜電平衡的所有特點(diǎn) 人與大地都是導(dǎo)體 在人摸 觸 導(dǎo)體的過(guò)程中 帶電體 人 大地組成一個(gè)新導(dǎo)體 地球往往是新導(dǎo)體的遠(yuǎn)端 二 對(duì)靜電平衡的進(jìn)一步理解1 靜電平衡的特點(diǎn) 1 導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)處處為零 2 電荷只能分布在導(dǎo)體的外表面 電場(chǎng)垂直于導(dǎo)體的外表面 整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體 外表面是一個(gè)等勢(shì)面 2 靜電平衡的實(shí)質(zhì)導(dǎo)體發(fā)生了靜電感應(yīng)現(xiàn)象 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)附加電場(chǎng)E 跟外加電場(chǎng)E反向 使自由電荷同時(shí)又受到F E q的電場(chǎng)力 隨著導(dǎo)體兩端的感應(yīng)電荷不斷積累 E 逐漸增大 當(dāng)E E時(shí) 導(dǎo)體內(nèi)合場(chǎng)強(qiáng)為零 自由電荷所受合力為零 這時(shí)導(dǎo)體中無(wú)自由電荷定向移動(dòng) 即導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡狀態(tài) 1 靜電平衡時(shí) 電荷在導(dǎo)體表面的分布往往是不均勻的 越是尖銳的地方 電荷分布越密 附近的電場(chǎng)強(qiáng)度越大 2 導(dǎo)體表面的場(chǎng)強(qiáng)不為零 且方向與表面垂直 三 對(duì)靜電屏蔽的理解1 現(xiàn)象 一個(gè)金屬導(dǎo)體殼 網(wǎng)罩 能把殼外電場(chǎng)遮住 使殼內(nèi)部不受外電場(chǎng)影響 這種現(xiàn)象叫靜電屏蔽 2 原理 靜電屏蔽的原理是靜電感應(yīng)與靜電平衡 3 兩種情況 1 金屬殼內(nèi)部不受外部影響如圖1 7 3甲所示 使帶電的金屬球靠近驗(yàn)電器 由于靜電感應(yīng) 驗(yàn)電器的箔片張開(kāi) 這表示驗(yàn)電器受到了外電場(chǎng)的影響 圖1 7 3 如果事先用金屬網(wǎng)罩把驗(yàn)電器罩住 如圖乙所示 驗(yàn)電器的箔片就不張開(kāi) 即使把驗(yàn)電器和金屬網(wǎng)罩連接起來(lái) 箔片也不張開(kāi) 這表明金屬網(wǎng)罩能把外電場(chǎng)擋住 使罩內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響 2 接地的封閉導(dǎo)體殼 內(nèi)部電場(chǎng)對(duì)外部沒(méi)影響如一封閉的導(dǎo)體殼內(nèi)部空間某點(diǎn)有一點(diǎn)電荷 q 由于靜電感應(yīng) 導(dǎo)體殼內(nèi)外表面感應(yīng)出等量的異種電荷 其電場(chǎng)線如圖1 7 4甲所示 當(dāng)把導(dǎo)體殼接地后 q在殼內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)殼外空間就沒(méi)有影響了 如圖乙所示 圖1 7 4 因?yàn)楫?dāng)把球殼接地后 殼外表面感應(yīng)的正電荷在靜電力作用下流入大地 實(shí)際是大地的電子在靜電力作用下通過(guò)接地的導(dǎo)線流到殼面上與殼外表面的正電荷中和 使球殼外表面沒(méi)有電荷 殼外空間就沒(méi)有電場(chǎng)了 這樣就出現(xiàn)了圖乙所示的情況 一金屬球 原來(lái)不帶電 現(xiàn)沿球的直徑的延長(zhǎng)線放置一均勻帶電的細(xì)桿MN 如圖1 7 5所示 金屬球上感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在球內(nèi)直徑上a b c三點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別為Ea Eb Ec 三者相比 例1 圖1 7 5A Ea最大B Eb最大C Ec最大D Ea Eb Ec 思路點(diǎn)撥 電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電平衡時(shí)合場(chǎng)強(qiáng)為零 感應(yīng)電荷在導(dǎo)體上的分布無(wú)規(guī)則 沒(méi)有合適的公式比較它產(chǎn)生電場(chǎng)的強(qiáng)弱 要抓住合場(chǎng)強(qiáng)為零的特點(diǎn) 轉(zhuǎn)換研究對(duì)象求解 解析 金屬球在帶電細(xì)桿MN的電場(chǎng)中 達(dá)到靜電平衡后 其內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)處處為零 金屬球上感應(yīng)電荷在a b c三點(diǎn)產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)與MN在a b c三點(diǎn)產(chǎn)生電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)分別等大反向 顯然MN在c點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)最強(qiáng) 故選項(xiàng)C正確 答案 C 思維總結(jié) 在分析處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)時(shí) 一定要區(qū)分感應(yīng)電荷的電場(chǎng) 外電場(chǎng)及合電場(chǎng) 因?yàn)楦袘?yīng)電荷的電場(chǎng)與外電場(chǎng)等大 反向 導(dǎo)體內(nèi)部各處的合場(chǎng)強(qiáng)為零 1 如圖1 7 6所示 長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電 現(xiàn)將一帶電量為 q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處 當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后 棒上感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小等于 方向?yàn)?圖1 7 6 將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的金屬空心球C內(nèi) 不與球接觸 另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B向C靠近 如圖1 7 7所示 于是有 圖1 7 7 例2 A A向左偏離豎直方向 B向右偏離豎直方向B A的位置不變 B向右偏離豎直方向C A向左偏離豎直方向 B的位置不變D A和B的位置都不變 解析 考慮B對(duì)A的作用時(shí) A處在球殼C內(nèi) 球殼會(huì)對(duì)其內(nèi)的A有屏蔽作用 使A不受B的作用 A球通過(guò)靜電感應(yīng)使C的內(nèi) 外殼分別帶負(fù)電和正電 從而知道B球受C外殼正電吸引 所以B球往右偏離豎直方向 故B正確 答案 B 思維總結(jié) 根據(jù)靜電感應(yīng) 金屬空心球C內(nèi)表面帶負(fù)電 外表面帶正電 故B球?qū)⑹莒o電引力而向右偏離豎直方向 C球內(nèi)表面的負(fù)電荷對(duì)A球的引力平衡 故A球位置不變 2 2010年湖北八校高三第二次聯(lián)考 如圖1 7 8所示 絕緣金屬球殼的空腔內(nèi)有一帶電小球 現(xiàn)在球殼左側(cè)放一帶電小球A 下列說(shuō)法正確的是 圖1 7 8 A A球?qū)η驓?nèi)的電場(chǎng)不影響B(tài) 由于靜電屏蔽 球殼內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)C 球殼內(nèi)外表面均沒(méi)有電荷D 由于球殼接地 空腔內(nèi)的電場(chǎng)對(duì)外部也沒(méi)有影響 解析 選AD 由于金屬球殼接地 對(duì)內(nèi)外電場(chǎng)都有屏蔽作用 故A D對(duì) 球殼外表面沒(méi)有電荷 因?yàn)榭涨粌?nèi)有帶電體 所以空腔內(nèi)有電場(chǎng) 內(nèi)表面有感應(yīng)電荷 故B C錯(cuò) 1 導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí) 下列說(shuō)法正確的是 A 導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電場(chǎng)B 導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷 電荷只分布在導(dǎo)體的外表面C 導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有電荷的運(yùn)動(dòng)D 以上說(shuō)法均不正確答案 ABC 2 關(guān)于避雷針 以下說(shuō)法正確的是 A 避雷針避雷是中和云層的異種電荷B 避雷針避雷是將云層中積聚的電荷導(dǎo)入大地C 為了美觀 通常把避雷針頂端設(shè)計(jì)成球形D 避雷針安裝在高大建筑物頂部 而不必接地 解析 選AB 避雷針應(yīng)用了尖端放電的原理 避雷針上產(chǎn)生的感應(yīng)電荷通過(guò)尖端放電 中和云中的電荷 使建筑物免遭雷擊 所以避雷針必須接地 A B正確 D錯(cuò) 電荷在導(dǎo)體表面分布 突出的位置 電荷比較密集 更容易放電 所以不能設(shè)計(jì)成球形 C錯(cuò) 3 一個(gè)不帶電金屬球殼 在它的球心放入一個(gè)正電荷 其電場(chǎng)分布是圖1 7 9中的 圖1 7 9 解析 選B 由于處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零 故A選項(xiàng)不正確 由于空腔內(nèi)部有一個(gè)正電荷 故在空腔內(nèi)表面感應(yīng)出等量的負(fù)電荷 外表面感應(yīng)出等量的正電荷 因此C D選項(xiàng)不正確 因外表面上分布有正電荷 故電場(chǎng)線應(yīng)呈輻射狀 所以B選項(xiàng)正確 4 如圖1 7 10所示 在兩個(gè)固定電荷 q和 q之間放入兩個(gè)原來(lái)不帶電的導(dǎo)體 1 2 3 4為導(dǎo)體上的四個(gè)點(diǎn) 在達(dá)到靜電平衡后 各點(diǎn)的電勢(shì)分別是 1 2 3 4 則 圖1 7 10 A 4 3 2 1B 4 3 2 1C 4 2 1 B對(duì) 5 有一絕緣空心金屬球A 帶有4 10 6C的正電荷 一個(gè)有絕緣柄的金屬小球B 帶有2 10 6C的負(fù)電荷 若把B球跟A球的內(nèi)壁相接觸 則B球上的帶電荷量為 C A球上的帶電荷量為 C 電荷分布在 解析 B跟A相接觸后 它們成為一個(gè)導(dǎo)體 所有電荷都將分布在導(dǎo)體的外表面 在A的外表面 部分正電荷與所有負(fù)電荷發(fā)生中和現(xiàn)象 未被中和的正電荷仍分布在A的外表面 答案 0 2 10 6A的外表面 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全